CN108213700A - 用于激光焊接的同轴气体保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于激光焊接的同轴气体保护装置，包括外壳，外壳中心通光孔，其特征在于：外壳的底部安装有具有第一进气口和第二进气口的喷嘴部分，喷嘴部分的内部具有轴向贯穿的中心孔及布局在中心孔外周的环形通道，中心孔与环形通道彼此独立，环形通道的出口与中心孔的出口方向一致，中心孔的顶部与通光孔相通以供激光穿过，中心孔的侧部则与第一进气口相通以供第一保护气体从中心孔的出口喷出，环形通道的侧部与第二进气口相通以供第二保护气体从环形通道的出口喷出。其是一种可实现两种气源保护且能对焊缝形成360度均匀无死角吹气保护的用于激光焊接的同轴气体保护装置。

Description

用于激光焊接的同轴气体保护装置

技术领域

本发明涉及一种用于激光焊接的同轴气体保护装置。

背景技术

激光焊接已经成为了现代工业中一种先进的焊接方法，由于其高精度、变形少、高效率、可焊接难焊接材料以及良好的加工柔性使得激光焊接的应用越来越广泛，从航空航天、汽车、造船等领域向家电领域扩展。激光焊接由于具有能量密度高、焊缝深宽比大、热影响区小、焊接质量好、容易实现自动化等优点被认为是一种很有发展前景的材料加工技术。

吹气保护在激光焊接中是必不可少的一道工序。在激光焊接过程中产生的飞溅物及其它烟气容易污染聚焦反射镜。沉积在聚焦反射镜上的金属蒸气和飞溅微粒，降低了激光器到工件的能量转移效率，并使激光束产生像差，恶化了激光束的焊接性能。这就要求激光焊接时除具有焊缝保护效果外，还要对聚焦镜进行保护。设计出一款结构合理并能对焊缝效果进行有效保护，使得焊接的产品焊缝表面无氧化、光泽好是本领域涉及人员需要研究的方向，当然在对焊缝进行保护的同时，还要解决对聚焦镜进行保护的问题。

如专利号为ZL201020046998.6(公告号为CN201783762U)的中国实用新型专利《可调节激光填丝焊焊接工作头》，及申请号为CN201510597534.1(公告号为CN105149777A)的中国发明专利《薄板不锈钢脉冲激光焊接吹气保护装置及焊接工艺》，均披露了这样一种气体保护装置，包括安装在准直聚焦头上的侧向吹气保护部分，其特征在于：所述侧向吹气保护部分包括第一调节板、转动杆、滑块和侧吹气管，所述第一调节板固定在准直聚焦头的侧壁上且相对准直聚焦头侧壁的上下位置可调节，所述转动杆转动设置在第一调节板的下端并相对第一调节板前后摆动的角度可调节，所述滑块固定在转动杆的外侧壁上并相对转动杆沿长度方向轴向位置可调节，所述侧吹气管穿设固定在滑块上并相对滑块沿厚度方向前后位置可调节。

因前述专利可对侧吹气管位置进行任意调节，为实现将侧吹气管相对焊接工件调节到最佳吹气保护位置提供可能，对焊缝品质进行有效保护，解决了不锈钢零件焊接后表面的氧化问题，使焊接后的表面光泽好、无氧化，真正做到了焊接后的表面不打磨和少打磨。不管侧吹气管角度如何调节，因侧吹气管对焊缝进行的是侧向吹气，其不可能对焊缝形成360度均匀无死角的吹气保护，故对焊缝保护的效果还有待进一步提升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种可实现两种气源保护且能对焊缝形成360度均匀无死角吹气保护的用于激光焊接的同轴气体保护装置，采用本保护装置后，可以很好地控制光致等离子体，有利于激光深熔焊接的进行，使得焊接的产品焊缝表面无氧化、光泽好。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于激光焊接的同轴气体保护装置，包括用以安装在准直聚焦头底部的外壳，外壳中心具有供激光穿过的通光孔，其特征在于：所述外壳的底部安装有具有第一进气口和第二进气口的喷嘴部分，喷嘴部分的内部具有轴向贯穿的中心孔及布局在中心孔外周的环形通道，中心孔与环形通道彼此独立，环形通道的出口与中心孔的出口方向一致，中心孔的顶部与通光孔相通以供激光穿过，中心孔的侧部则与第一进气口相通以供第一保护气体从中心孔的出口喷出，环形通道的侧部与第二进气口相通以供第二保护气体从环形通道的出口喷出。

作为改进，上述喷嘴部分的内部具有多个沿圆周方向间隔布置且向下向中心倾斜设置的过渡气道，各过渡气道的下端出口与中心孔相通，各过渡气道的上端进口与第一进气口相通。该结构能使第一保护气体从中心孔的四周喷出，进而使得第一保护其它能均匀的从中心孔的下端出口喷出，对焊缝的保护更佳。

进一步改进，上述中心孔和环形通道的出口呈缩口设置。缩口设置的中心孔和环形通道对保护气体的流出有增压作用，使气流在垂直方向存在最大压力，对焊缝的保护更佳。根据等离子体高度调整喷嘴距工件距离，随喷嘴高度的增加焊缝熔深会逐渐减少。

为使气管与喷嘴部分连接便捷，上述第一进气口和第二进气口设于喷嘴部分的侧部，且第一进气口位于第二进气口上方。

为使从中心孔和环形通道喷出的气流更均匀，上述第一进气口和第二进气口各有两个，且对称设置。

作为优选，上述喷嘴部分由上喷嘴、内喷嘴和外喷嘴组成，所述上喷嘴固定在内喷嘴的顶面，且上喷嘴固定在外壳的底面，所述外喷嘴套设并固定在内喷嘴的下部，所述第一进气口设置在上喷嘴上，所述过渡气道设置在内喷嘴内，所述第二进气口设置在内喷嘴上，所述环形通道设置在内喷嘴和外喷嘴之间。喷嘴部分由独立的上喷嘴、内喷嘴和外喷嘴三部分组成，利于各进气孔和进气通道的形成，同时组装方便。

激光焊接过程中，聚焦镜片上有焊接飞溅和烟尘，随着焊接飞溅和其他残渣在聚焦镜和透镜表面上越积越多，镜片将会吸收能量从而产生热变形，从而降低焊接能量，减小熔深，严重影响焊接质量。为了保护聚焦镜和保证焊接质量，上述外壳的左侧部安装有横向气帘喷嘴，外壳的右侧部设有供焊接飞溅物排出的排出口，横向气帘喷嘴的吹气方向朝向所述排出口。本结构中的横向气帘喷嘴可以得到一个层流气帘，在作用区范围内保持了一个稳定的层流状态，沿气流传播方向的扩散角较小，同时气流挺度良好，气帘下方负压区的气流扰动非常小，其可以有效吹除飞溅和烟尘，对聚焦镜起到很好的保护作用，有效防止了焊接飞溅对贵重光学器件产生的损害；光束可完全透过玻璃照射到工件上而没有能量损失，使激光功率损失减少，有效焊接时间增加，并且横向气流不会对焊缝造成任何不利影响。

为防止横向气帘喷嘴将焊接飞溅吹向操作者，上述外壳的右侧外壁上对应所述排出口位置固定有对焊接飞溅物起到阻挡作用的阻挡斗。

进一步优化，上述外壳的前后侧壁内设有排烟孔道，排烟孔道向上向外倾斜设置，排烟孔道的下端进口与通光孔相通，排烟孔道的上端出口与外界相通。焊接时产生的烟雾或焊渣也会有一部分从排烟孔道排出，利于焊接。

因中心孔的上端开口的孔径较大，会使得通过中心孔的上端开口的焊渣较多，为减少焊渣通过中心孔的上端开口，更进一步改进，上述外壳的通光孔内固定有阻挡板，该阻挡板将喷嘴部分的中心孔的上端开口遮盖，阻挡板上开有供激光穿过的穿孔，该穿孔的孔径小于中心孔的上端开口的孔径。阻挡板遮住部分中心孔的上端开口，通过穿孔的焊渣会显著减少，另外穿孔又不会影响激光的穿过。

与现有技术相比，本发明的优点在于：激光焊接过程中，会产生光致等离子体，吹保护气体能有效地抑制光致等离子体的屏蔽作用，外壳的底部安装有用以通保护气的喷嘴部分，气体从喷嘴部分的中心孔及环形通道喷出，而激光又是从中心孔穿过，故焊接点始终被从从喷嘴部分的中心孔及环形通道喷出的保护气360度均匀无死角笼罩，而且气流方向垂直于焊接位置，垂直方向的保护气流对向上喷射的炽热等离子体云团起到了更好的“压制”的作用，相较于侧吹气而言，“压制”效果更明显，对焊缝品质进行有效保护，解决了不锈钢零件焊接后表面的氧化问题，使焊接后的表面光泽好、无氧化,真正做到了焊接后的表面不打磨和少打磨。另外，通过中心孔的保护气和通过环形通道的保护气可采用不同的保护气，对焊缝形成混合保护。

附图说明

图1为本发明实施例的立体结构示意图；

图2为本发明实施例的剖视图；

图3为图2的A－A向剖视图；

图4为本发明实施例的立体分解图；

图5为本发明实施例中喷嘴部分的立体分解图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1～5所示，为本发明的一个优选实施例。

一种用于激光焊接的同轴气体保护装置，包括用以安装在准直聚焦头底部的外壳1，外壳1的中心具有供激光穿过的通光孔11，外壳1的底部安装有具有第一进气口2a和第二进气口2b的喷嘴部分X，喷嘴部分X的内部具有轴向贯穿的中心孔3及布局在中心孔3外周的环形通道4，中心孔3和环形通道4的出口呈缩口设置，即呈大致的倒圆锥状。中心孔3与环形通道4彼此独立，环形通道4的出口与中心孔3的出口方向一致，中心孔3的顶部与通光孔11相通以供激光穿过，中心孔3的侧部则与第一进气口2a相通以供第一保护气体从中心孔3的出口喷出，环形通道4的侧部与第二进气口2b相通以供第二保护气体从环形通道4的出口喷出。

外壳1的通光孔11内固定有阻挡板10，该阻挡板10将喷嘴部分的中心孔3的上端开口遮盖，阻挡板10上开有供激光穿过的穿孔101，该穿孔101的孔径小于中心孔3的上端开口的孔径。

喷嘴部分X的内部具有多个沿圆周方向间隔布置且向下向中心倾斜设置的过渡气道5，各过渡气道5的下端出口51与中心孔3相通，各过渡气道5的上端进口与第一进气口2a相通。

第一进气口2a和第二进气口2b设于喷嘴部分X的侧部，且第一进气口2a位于第二进气口2b上方。第一进气口2a和第二进气口2b各有两个，且对称设置。

喷嘴部分X由上喷嘴6、内喷嘴7和外喷嘴8组成，所述上喷嘴6固定在内喷嘴7的顶面，且上喷嘴6固定在外壳1的底面，所述外喷嘴8套设并固定在内喷嘴7的下部，所述第一进气口2a设置在上喷嘴6上，所述过渡气道5设置在内喷嘴7内，所述第二进气口2b设置在内喷嘴7上，所述环形通道4设置在内喷嘴7和外喷嘴8之间。

外壳1的左侧部安装有横向气帘喷嘴9，外壳1的右侧部设有供焊接飞溅物排出的排出口12，横向气帘喷嘴9的吹气方向朝向所述排出口12。外壳1的右侧外壁上对应排出口12位置固定有对焊接飞溅物起到阻挡作用的阻挡斗13。外壳1的前后侧壁内设有排烟孔道14，排烟孔道14向上向外倾斜设置，排烟孔道14的下端进口与通光孔11相通，排烟孔道14的上端出口与外界相通。

激光焊接过程中，会产生光致等离子体，吹保护气体能有效地抑制光致等离子体的屏蔽作用，外壳1的底部安装有用以通保护气的喷嘴部分X，气体从喷嘴部分X的中心孔3及环形通道4喷出，而激光又是从中心孔3穿过，故焊接位置始终被从从喷嘴部分X的中心孔3及环形通道4喷出的保护气360度均匀无死角笼罩，而且气流方向垂直于焊接位置，垂直方向的保护气流对向上喷射的炽热等离子体云团起到了更好的“压制”的作用，相较于侧吹气而言，“压制”效果更明显，对焊缝品质进行有效保护，解决了不锈钢零件焊接后表面的氧化问题，使焊接后的表面光泽好、无氧化，真正做到了焊接后的表面不打磨和少打磨。另外，通过中心孔3的保护气和通过环形通道4的保护气可采用不同的保护气，对焊缝形成混合保护。

尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于激光焊接的同轴气体保护装置，包括用以安装在准直聚焦头底部的外壳(1)，外壳(1)的中心具有供激光穿过的通光孔(11)，其特征在于：所述外壳(1)的底部安装有具有第一进气口(2a)和第二进气口(2b)的喷嘴部分(X)，喷嘴部分(X)的内部具有轴向贯穿的中心孔(3)及布局在中心孔(3)外周的环形通道(4)，中心孔(3)与环形通道(4)彼此独立，环形通道(4)的出口与中心孔(3)的出口方向一致，中心孔(3)的顶部与通光孔(11)相通以供激光穿过，中心孔(3)的侧部则与第一进气口(2a)相通以供第一保护气体从中心孔(3)的出口喷出，环形通道(4)的侧部与第二进气口(2b)相通以供第二保护气体从环形通道(4)的出口喷出。

2.根据权利要求1所述的用于激光焊接的同轴气体保护装置，其特征在于：所述喷嘴部分(X)的内部具有多个沿圆周方向间隔布置且向下向中心倾斜设置的过渡气道(5)，各过渡气道(5)的下端出口(51)与中心孔(3)相通，各过渡气道(5)的上端进口与第一进气口(2a)相通。

3.根据权利要求1所述的用于激光焊接的同轴气体保护装置，其特征在于：所述中心孔(3)和环形通道(4)的出口呈缩口设置。

4.根据权利要求1所述的用于激光焊接的同轴气体保护装置，其特征在于：所述第一进气口(2a)和第二进气口(2b)设于喷嘴部分(X)的侧部，且第一进气口(2a)位于第二进气口(2b)上方。

5.根据权利要求1所述的用于激光焊接的同轴气体保护装置，其特征在于：所述第一进气口(2a)和第二进气口(2b)各有两个，且对称设置。

6.根据权利要求2所述的用于激光焊接的同轴气体保护装置，其特征在于：所述喷嘴部分(X)由上喷嘴(6)、内喷嘴(7)和外喷嘴(8)组成，所述上喷嘴(6)固定在内喷嘴(7)的顶面，且上喷嘴(6)固定在外壳(1)的底面，所述外喷嘴(8)套设并固定在内喷嘴(7)的下部，所述第一进气口(2a)设置在上喷嘴(6)上，所述过渡气道(5)设置在内喷嘴(7)内，所述第二进气口(2b)设置在内喷嘴(7)上，所述环形通道(4)设置在内喷嘴(7)和外喷嘴(8)之间。

7.根据权利要求1～6任一所述的用于激光焊接的同轴气体保护装置，其特征在于：所述外壳(1)的左侧部安装有横向气帘喷嘴(9)，外壳(1)的右侧部设有供焊接飞溅物排出的排出口(12)，横向气帘喷嘴(9)的吹气方向朝向所述排出口(12)。

8.根据权利要求7所述的用于激光焊接的同轴气体保护装置，其特征在于：所述外壳(1)的右侧外壁上对应所述排出口(12)位置固定有对焊接飞溅物起到阻挡作用的阻挡斗(13)。

9.根据权利要求7所述的用于激光焊接的同轴气体保护装置，其特征在于：所述外壳(1)的前后侧壁内设有排烟孔道(14)，排烟孔道(14)向上向外倾斜设置，排烟孔道(14)的下端进口与通光孔(11)相通，排烟孔道(14)的上端出口与外界相通。

10.根据权利要求7所述的用于激光焊接的同轴气体保护装置，其特征在于：所述外壳(1)的通光孔(11)内固定有阻挡板(10)，该阻挡板(10)将喷嘴部分的中心孔(3)的上端开口遮盖，阻挡板(10)上开有供激光穿过的穿孔(101)，该穿孔(101)的孔径小于中心孔(3)的上端开口的孔径。